实验六 填料吸收塔体积传质系数的测定
一、实验目的
1．了解填料塔吸收装置的基本结构及流程； 2．掌握总体积传质系数的测定方法；
3．了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；
二、基本原理
气体吸收是典型的传质过程之一。由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验常选择CO2作为溶质组分。本实验采用水吸收空气中的CO2组分。一般CO2在水中的溶解度很小，即使预先将一定量的CO2气体通入空气中混合以提高空气中的CO2浓度，水中的CO2含量仍然很低，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理，并且此体系CO2气体的解吸过程属于液膜控制。因此，本实验主要测定Kxa和HOL。 1．计算公式 填料层高度Z为
z??dZ?0ZLx1dx?HOL?NOLKxa?x2x?x?
式中： L 液体通过塔截面的摩尔流量，kmol / (m2·s)；
Kxa 以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol / (m3·s)； HOL 液相总传质单元高度，m； NOL 液相总传质单元数，无因次。
令：吸收因数A=L/mG NOL?y?mx21ln[(1?A)1?A]1?Ay1?mx1
2．测定方法
（1）空气流量和水流量的测定
本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。
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（2）测定填料层高度Z和塔径D； （3）测定塔顶和塔底气相组成y1和y2； （4）平衡关系。
本实验的平衡关系可写成
y = mx 式中： m 相平衡常数，m=E/P；
E 亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度由附录查得； P 总压，Pa，取1atm。
对清水而言，x2=0,由全塔物料衡算 G(y1?y2)?L(x1?x2)
可得x1 。
三、实验装置
1．装置流程
实验装置如图1所示。
本实验装置流程：由自来水来的水经离心泵加压后送入填料塔塔顶经喷头喷淋在填料顶层。由压缩机送来的空气和由二氧化碳钢瓶来的二氧化碳混合后，一起进入气体中间贮罐，然后再直接进入塔底，与水在塔内进行逆流接触，进行质量和热量的交换，由塔顶出来的尾气经转子流量计后放空，由于本实验为低浓度气体的吸收，所以热量交换可略，整个实验过程看成是等温操作。
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图1 吸收装置流程图
1、2-手阀 3-取样口 4-排气口 5-取样口 6-有机玻璃塔节 7-喷淋头 8-压力表 9-气体流量调节阀门10-气体转子流量计 11-气体取样口 12-气体温度传感器 13-仪表控制箱 14-液体温度传感器 15-液体流量调节阀 16-液体转子流量计 17-压力表 18-压力定值调节阀 19-空气压缩机 20-CO2 钢瓶 21-减压阀 2．主要设备
（1）吸收塔：高效填料塔，塔径100mm，塔内装有金属丝网板波纹规整填料，填料层总高度1200mm。塔顶有液体初始分布器，塔中部有液体再分布器，塔底部有栅板式填料支承装置。填料塔底部有液封装置，以避免气体泄漏。
（2）填料：金属丝网板波纹规整填料，规格：Φ100×100。 （3）转子流量计； 介质 条 件 最大流量 最小刻度 0.4 m3/h 25 L/h 60 L/h 标定介质 空气 空气 水 标定条件 20℃ 1.0133×105Pa 20℃ 1.0133×105Pa 20℃ 1.0133×105Pa 空气 4m3/h CO2 水 250 L/h 600L/h （4）空压机：压力0.8MPa，排气量0.08 m3/min； （5）二氧化碳钢瓶钢瓶；
四、实验步骤与注意事项
1.实验步骤
（1）熟悉实验流程及其配套仪器结构、原理、使用方法及其注意事项； （2）打开仪表电源开关；
（3）开启液体调节阀门，让水进入填料塔润湿填料，仔细调节液体调节阀门，使液体转子流量计流量稳定在某一实验值。（塔底液封控制：仔细调节阀门2的开度，使塔底液位缓慢地在一段区间内变化，以免塔底液封过高溢满或过低而泄气；
（4）启动空压机，打开CO2钢瓶总阀，并缓慢调节钢瓶的减压阀（注意减压阀的开关方向与普通阀门的开关方向相反，顺时针为开，逆时针为关），使其压力稳定在0.1～0.2Mpa左右；
（5）调节CO2转子流量计的流量，使其稳定在某一值；
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（6）待塔操作稳定后，读取各流量计的读数，并读取各温度读数，进行取样并分析出塔顶、塔底气相组成；
（7）实验完毕，关闭CO2转子流量计，液体转子流量计，再关闭空压机电源开关，清理实验仪器和实验场地。 2．注意事项
（1）固定好操作点后，应随时注意调整以保持各量不变。
（2）在填料塔操作条件改变后，需要有较长的稳定时间，一定要等到稳定以后方能读取有关数据。
（3）由于CO2在水中的溶解度很小，因此，在分析组成时一定要仔细认真，这是做好本试验的关键。
五、实验数据记录及处理
序 号 项目 流量计显示值，m/hr 空气 33 1 2 33..014777 4 5 6 7 计前表压，mmH2O 温度，℃ 流量计显示值，m/hr CO2 3 计前表压，mmH2O 温度，℃ 流量计显示值，水量 m/hr 温度，℃ 3 12
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